CN106182001B - 一种基于机器人的工件坐标系自动标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，特指一种基于机器人的工件坐标系自动标定装置，包括机器人本体、触发装置、采集装置、电柜与程序控制装置，触发装置设于机器人本体前端工具上，触发装置通过屏蔽电缆连接于采集装置，采集装置通过串口连接于程序控制装置，机器人本体与程序控制装置分别连接于电柜。本发明采用这样的结构设置，相对于激光跟踪仪、工业相机、球杆仪等装置，本发明成本较低，能够实现自动标定，由于避免了手动示教时人工识别误差，本发明的精度较高，本装置通用性强，对于普通带有平面的零件可以自动标定，而曲面零件可以结合手动示教进行自动标定，两种标定都是触发式标定，故标定精度较高。

Description

一种基于机器人的工件坐标系自动标定装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特指一种基于机器人的工件坐标系自动标定装置。

背景技术

与传统数控机床相比，基于六自由度工业机器人应用于机械加工时，具有低成本、柔性大以及位姿控制灵活等优点，但同时存在精度差、工件坐标系标定困难等特点，与传统数控机床类似，工作坐标系的标定是机器人加工中的一项关键技术。工件坐标系标定是否准确将直接影响工作坐标系下刀位点映射到机器人坐标系下的匹配精度，导致机械加工质量不理想，甚至出现机器人与工件发生碰撞等安全事故。

对于机器人工件坐标系的标定，其最终目的是要得出工件坐标系相对于机器人基坐标系下的转换矩阵。目前采用标定方式有：1.通过机器人示教的方式，将机器人末端工具与工件进行触碰，然后通过机器人求解技术获得触碰点在机器人基坐标系下的坐标值。这种标定方式的精度与工件的形状、表面质量、触碰点识别有着直接的关系，由于是人工控制机器人去接触工件，接触点是通过人工的观察来确定的，所以标定精度不高；2.采用工业相机、激光跟踪仪、球感仪等电子设备进行工件坐标标定，这种标定方式精度高，但是费用相当高。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种基于机器人的工件坐标系自动标定装置，其采用探针与机器人前端工具连接，通过线缆与数据采集卡连通，数据采集卡可以插在计算机上，可以实现标定装置与电脑的通讯，然后通过调用已编译好的程序来控制机器人完成标定任务，本发明采用触发传感程序驱动来完成自动标定，具有高精度、低成本的特点、提高机器人在机械加工过程的应用范围，特别适用于机器人离线编程模式。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于机器人的工件坐标系自动标定装置，包括机器人本体、触发装置、采集装置、电柜与程序控制装置，触发装置设于机器人本体前端工具上，触发装置通过屏蔽电缆连接于采集装置，采集装置通过串口连接于程序控制装置，机器人本体与程序控制装置分别连接于电柜。

进一步而言，所述触发装置包括探针，探针上设有探针电路接口，探针前端设有球形触发头，探针内部设有接触器一、弹簧、轴瓦、集成尾座、接触器二与探头轴，探头轴的一端固定连接于接触器二，并成型为凸缘结构，探头轴的另一端固定连接于球形触发头，集成尾座的一端固定连接于接触器一，并成型为凸缘结构，弹簧一端套于接触器一上，另一端套于接触器二上，接触器一与接触器二间隔设置，轴瓦套于探头轴外层。

进一步而言，所述集成尾座包括锂电池模块、信号发射装置模块、电路模块与接触器模块。

进一步而言，所述探针的外壳采用铝合金外壳，球形触发头采用硬质钢珠设置。

进一步而言，所述采集装置包括触发电路模块、控制芯片模块、通信模块、供电模块、复位模块与显示模块。

本发明有益效果：

本发明采用这样的结构设置，相对于激光跟踪仪、工业相机、球杆仪等装置，本发明成本较低，能够实现自动标定，由于避免了手动示教时人工识别误差，本发明的精度较高，本装置通用性强，对于普通带有平面的零件可以自动标定，而曲面零件可以结合手动示教进行自动标定，两种标定都是触发式标定，故标定精度较高。

附图说明

图1是本发明整体结构图；

图2是探针结构图。

1.铝合金外壳；2.探针电路接口；3.接触器一；4.弹簧；5.轴瓦；6.集成尾座；7.接触器二；8.探头轴；9.球形触发头；10.机器人本体；20.触发装置；30.采集装置；40.电柜；50.程序控制装置。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明所述一种基于机器人的工件坐标系自动标定装置，包括机器人本体10、触发装置20、采集装置30、电柜40与程序控制装置50，触发装置20设于机器人本体10前端工具上，触发装置20通过屏蔽电缆连接于采集装置30，采集装置30通过串口连接于程序控制装置50，机器人本体10与程序控制装置50分别连接于电柜40。以上所述构成本发明基本结构。

本发明所述程序控制装置50采用PC计算机，并预先在计算机上编译好程序，其工作流程：通过机器人本体10的前端装置给触发装置20提供夹紧力，并通过计算机上编译好的程序对机器人本体10进行驱动，由触发装置20对工件进行接触，再通过采集装置30将信号传递给计算机，计算机记录该触发点在机器人基座标系下的坐标值，并且调用已编译好的程序去完成下一点的触发，直至获取完成标定所有的坐标值，最后运算由计算机主程序完成，最终完成标定任务。所述电柜40其作用在于提供机器人本体10与计算机所需电源。

更具体而言，如图2所示，所述触发装置20包括探针，探针上设有探针电路接口2，探针前端设有球形触发头9，探针内部设有接触器一3、弹簧4、轴瓦5、集成尾座6、接触器二7与探头轴8，探头轴8的一端固定连接于接触器二7，并成型为凸缘结构，探头轴8的另一端固定连接于球形触发头9，集成尾座6的一端固定连接于接触器一3，并成型为凸缘结构，弹簧4一端套于接触器一3上，另一端套于接触器二7上，接触器一3与接触器二7间隔设置，轴瓦5套于探头轴8外层。集成尾座6包括锂电池模块、信号发射装置模块、电路模块与接触器模块。采用这样的结构设置，由于探头本身非常小巧，弹簧所提供的力也非常小，所以在探针接触过程中，只需要一个轻微的触碰就能够触发。集成尾座6采用外购方式，从而降低了成本。其中，锂电池模块是在无线模式下进行对探针供电的作用，信号发射装置模块是在无线模式下进行对采集装置发送触发信号的作用。

更具体而言，所述探针的外壳采用铝合金外壳1，球形触发头9采用硬质钢珠设置。本发明采用这样的结构设置，其加工性能好，且强度较高。

更具体而言，所述采集装置30包括触发电路模块、控制芯片模块、通信模块、供电模块、复位模块与显示模块。采用这样结构设置，供电模块可以将220V电压转换成5V给整个装置供电，当采用无线模式时，探针的供电由锂电池提供，复位模块用于导常情况给采集卡复位，其工作原理：当探针与工件接触时，探针所在电路形成通电回路，触发电路模块将电路产生的电压值与设定值相比较，然后将结果反馈给控制芯片模块，控制芯片模块向通信模块和显示模块发生命令，通信模块通过串口向计算机汇报触发信号，显示模块显示信号触发，然后计算机通过串口协议获取触发信号，调用已编译程序驱动机器人本体10进行自动标定，本发明在满足工件标定要求的前提下，具有成本低、通用性强、精度高等特点。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种基于机器人的工件坐标系自动标定装置，包括机器人本体（10）、触发装置（20）、采集装置（30）、电柜（40）与程序控制装置（50），其特征在于，所述触发装置（20）设于机器人本体（10）前端工具上，所述触发装置（20）通过屏蔽电缆连接于采集装置（30），所述采集装置（30）通过串口连接于程序控制装置（50），所述机器人本体（10）与程序控制装置（50）分别连接于电柜（40）；

所述采集装置（30）包括触发电路模块、控制芯片模块、通信模块、供电模块、复位模块与显示模块;

所述触发装置（20）包括探针，所述探针上设有探针电路接口（2），所述探针前端设有球形触发头（9），所述探针内部设有接触器一（3）、弹簧（4）、轴瓦（5）、集成尾座（6）、接触器二（7）与探头轴（8），所述探头轴（8）的一端固定连接于接触器二（7），并成型为凸缘结构，所述探头轴（8）的另一端固定连接于球形触发头（9），所述集成尾座（6）的一端固定连接于接触器一（3），并成型为凸缘结构，所述弹簧（4）一端套于接触器一（3）上，另一端套于接触器二（7）上，所述接触器一（3）与接触器二（7）间隔设置，所述轴瓦（5）套于探头轴（8）外层。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器人的工件坐标系自动标定装置，其特征在于，所述集成尾座（6）包括锂电池模块、信号发射装置模块、电路模块与接触器模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器人的工件坐标系自动标定装置，其特征在于，所述探针的外壳采用铝合金外壳（1），所述球形触发头（9）采用硬质钢珠。